Framework for Realtime Realistic and Interactive Simulations of Animal Flocking

Abstract

Flocking behavior of groups of animals is a fascinating natural phenomenon. In computer games, flocking simulations can enhance visual realism or create novel mechanics. This thesis presents a framework for flocking in the Unity game engine, designed for simple use by both game designers and programmers. The framework provides a modular architecture, allowing developers to add, remove, modify, or replace individual components, such as behaviors, enabling usage in various scenarios. Furthermore, the thesis introduces several novel theoretical advancements to the conventional methods of modeling flocking behavior. The thesis first deconstructs a flocking model into modular components. Each component is then analyzed from a theoretical perspective with existing imple- mentations to develop a robust and customizable flocking model. These ideas are then used to create a framework in Unity, structured as a modular paral- lel pipeline that allows customizability and improves performance. Additionally, a graphical user interface enables users to configure the pipeline without pro- gramming knowledge. The framework is later used to create a game scene, with animals using up to even 14 different behaviors. A key theoretical contribution enabling granular control over such complex flocking systems is the introduction...

Chování hejn skupin zvířat ("flocking") je fascinujícím přírodním fenoménem. V počítačových hrách mohou takové simulace zvyšovat vizuální realismus nebo vytvářet nové herní mechaniky. Tato diplomová práce představuje framework pro flocking v herním enginu Unity, který je navržen pro snadné použití herními de- signéry nebo programátory. Framework poskytuje modulární architekturu, která umožňuje vývojářům přidávat, odebírat, upravovat nebo nahrazovat jednotlivé komponenty, jako například jednotlivá chování ("behaviors"), což umožňuje jeho využití v případech použití. Tato práce dále představuje několik nových teoret- ických přínosů oproti klasickým metodám modelování flockingu. Model flockingu je nejprve rozložen na modulární komponenty. Každá kom- ponenta je následně analyzována z teoretického hlediska s využitím existujících implementací za účelem vytvoření robustního a jednoduše upravitelného modelu. Výsledky analýzy jsou pak použity k vytvoření frameworku v Unity, struktur- ovaného jako modulární paralelní pipeline, která zvyšuje možnosti přizpůsobení a zlepšuje výkon. Grafické uživatelské rozhraní umožňuje uživatelům konfig- urovat pipeline bez potřeby programátorských znalostí. Framework je následně použit k vytvoření herní scény, kde zvířata využívají až 14 různých typů chování. Klíčovým teoretickým...